Hydraulik - Wie baggert der Bagger?
Wir versuchen herauszufinden, wie mechanische Übersetzung funktioniert. Auch bei einer Hydraulik gibt es ein Übersetzungsverhältnis. Dazu müssen wir aber verstehen, was Druck ist.
Brainstorming - Wer kennt sich aus mit Baggern und Kränen?
- Wir gucken uns Bagger an
- Wer erkennt die Unterschiede?
- Wir sortieren die Bilder (Alt/Neu, Seile/Hydraulik, ...)
Wo rohe Kräfte sinnvoll walten Hebel und Flaschenzug
Warum haben alte Bagger so viele Seile und Rollen und Hebel?Wir probieren es aus...
Wir veranstalten ein Tauziehen mit Flaschenzug. Ein Kind gegen fünf Kinder!
- Warum gewinnt einer gegen Fünf?
- Wozu sind die Rollen da?
- Wieviel Seil muss man einziehen?
- Wir messen Kräfte und Seillängen
- Man nennt das auch Übersetzung
Es wird Weg gegen Kraft getauscht. Langer Weg = kleine Kraft. Kurzer Weg = große Kraft.
Übersetzung - Das geht auch mit Wasser (Hydraulik)
Der Stempel der großen Spritze legt einen kleinen Weg zurück, während der der kleinen Spritze sich eine längere Strecke bewegt. Bei der längeren Strecke wirkt auch hier die kleinere Kraft. Die Übersetzung wirkt also so wie bei Hebel und Flaschenzug.
Was ist eigentlich Kraft und Druck?
Ein Experiment:
Obwohl bei beiden Versuchen das Gewicht das gleiche ist, drückt es sich unterschiedlich tief in die Knete. Bei kleiner Auflagefläche sinkt das Gewicht tiefer ein - der Druck ist als größer.
Für Rechner: Druck = Gewicht geteilt durch Auflagefläche.
Wir "wiegen" mein Auto mit dem Reifendruckprüfer
1. Wie groß ist die Fläche, mit der meine Reifen den Boden berühren? (10 Zentimeter mal 10 Zentimeter = 100 Quadratzentimeter)
2. Wir messen den Reifendruck (2 Bar - Das ist entspricht ungefähr 2kg pro Quadratzentimeter - eigentlich müsste es 20N/cm2 heißen, aber wir vereinfachen hier etwas zugunsten der Anschaulichkeit)
3. Wir rechnen: 2kg pro Quadratzentimeter mal 100 Quadratzentimeter (Ergebnis: 200kg pro Rad)
4. Also 4 mal 200kg = 1000kg
5. Wir gucken mal im Fahrzeugschein nach, ob das auch stimmen kann
Jetzt wird gebastelt: Der hydraulische Greifarm
Bezugsquellen für Spritzen, Schlauchklammern und Schläuche:
http://www.optitec.de
http://www.winkler-schulbedarf.de